輕度鹽脅迫下施氮量對小麥苗期的生理響應

楊 柳，李絮花*，胡 斌，劉 敏，劉文博，李金鑫，張 靜，王子鳳

（1.土壤資源高效利用國家工程實驗室，山東農業大學資源與環境學院，山東 泰安 271018；2.山東省土壤肥料工作站，山東 濟南 250000）

目前，世界上存在著不同類型的鹽堿地約1×109hm2，約占全球可耕地面積的10%［1］。我國鹽漬土總面積約為0.36億hm2，占全國可利用土地面積的4.88%［2］。西北、華北、東北地區及沿海是我國鹽漬土的主要集中分布地區。研究表明，鹽脅迫抑制植株的生長，減少植物的光合作用，影響某些特定的酶或代謝過程。因此改造和改良鹽堿地刻不容緩。

小麥是我國三大糧食作物之一，其產量的高低嚴重影響我國糧食安全。研究表明，施用氮肥不僅能降低對植物的鹽害作用，還影響作物對其他營養元素的吸收，提高作物產量［3-4］。因此，篩選在鹽脅迫下“耐鹽高氮高效”型作物品種，是提高小麥養分利用效率，減少氮肥損失的重要途徑［5］。

目前，國內外的學者主要研究的是正常生長條件下不同氮素水平對不同小麥品種的氮素利用［6-7］，不同脅迫條件下不同氮素水平對小麥生理特性的影響［8-9］，而其對于鹽脅迫環境下的耐鹽高氮高效型作物品種研究較少。本試驗是在輕度鹽脅迫下，采用土培試驗研究不同氮素水平對不同小麥品種氮素利用規律，探索氮素與鹽分的交互作用。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

試驗于2018年3～4月于山東農業大學資源與環境學院試驗基地采用土壤培養的方法進行。供試土壤為采集于山東省東營市利津縣渤海糧倉實驗示范區的濱海鹽堿土，土壤基本理化性質：有機質18.48 g/kg，堿解氮52.39 mg/kg，有效磷13.99 mg/kg，速效鉀230 mg/kg，pH值8.79，電導率849 μ S/cm（土水比1∶5），含鹽量0.22%（輕度鹽堿地劃分0.10%～0.25%）。

供試小麥品種為山東省黃河三角洲區域的主流小麥品種4個：濟麥22號、山農25號、山農27號和山農28號，由山東省東營渤海農場提供。

1.2 試驗設計

本試驗設置二個試驗因素：施氮量（A）設4個N肥用量水平：CK，空白對照（只施PK肥）；T1，N施用量0.1 g/kg；T2，N施用量0.2 g/kg；T3，N施用量0.3 g/kg；4個小麥品種（B）：B1，濟麥22；B2，山農 25；B3，山農 27；B4，山農 28。每盆裝風干土1.2 kg，每盆控制P2O5施用量0.1 g/kg，K2O施用量0.2 g/kg，條件一致。供試肥料為尿素（N 46%）、過磷酸鈣（P2O512%）和硫酸鉀（K2O 51%）。小麥種子均用蒸餾水進行浸種。將肥料與土壤混合均勻，每盆播小麥種子18粒，待出苗后統計各處理出苗率，并于兩葉一心期定苗12株，每個處理重復3次，隨機區組排列，管理與常規盆栽試驗相同。定苗后30 d取樣。

1.3 樣品采集與處理

1.3.1 樣品采集

培養30 d后，將全部苗期小麥取出，先用自來水沖洗，用蒸餾水洗凈，吸水紙吸干水分，測定每株幼苗的株高、植株鮮重。取部分葉片鮮樣低溫保存，以供測定生理生化指標，剩余植株樣經105℃殺青，80℃烘干，磨碎以供測定植株養分。盆栽土壤全部收集進行硝態氮、銨態氮測定，之后風干、磨細、過篩進行養分測定。

1.3.2 測定項目與方法

硝酸還原酶：活體法測定；可溶性蛋白：參照《現代植物生理學試驗指南》谷氨酰胺合成酶測定方法［10］；植株全氮采用H2SO4-H2O2消煮、半微量開氏法測定；火焰光度法測定植株K、Na。

2 結果與分析

2.1 不同處理對小麥苗期生長的影響

由表1可以看出，在鹽脅迫條件下，施用氮肥能明顯促進小麥苗期的生長，緩解鹽害。施氮量處理間小麥干重和株高存在顯著差異（F=18.84**，F=13.94**），施氮量增加小麥的干重明顯提高，但高施氮量條件下的增加量較小。與CK處理相比，處理T1、T2、T3小麥干重分別增加26.44%、68.53%和87.64%，小麥株高分別增加11.51%、28.38%、42.68%，小麥的干重和株高均以T3（N 0.3 g/kg）最高，其次是T2處理。

表1 不同處理對小麥苗期干重和株高的影響

由表1還可以看出，4個小麥品種的干重與株高存在顯著差異（F=4.07*、F=24.33**）。處理中以B4（山農28號）的小麥干重和株高最大，濟麥22號、山農25號和山農27號3個品種的小麥干重沒有顯著差異，但株高卻存在明顯差異。

表明供試小麥品種在輕度鹽脅迫下對氮肥的響應存在明顯差異，以B4（山農28號）的生長勢最好，對氮肥的反應也最敏感。

圖1結果表明，小麥苗期植株干重在施氮量與小麥品種二因素間互作效應差異不顯著（F=1.7 ns）。不施用氮肥CK和施氮量為N 0.1 g/kg的T1處理不同小麥的植株干重基本相當，以B1（濟麥22號）略高。在施氮量T2和T3條件下不同小麥品種間的植株干重存在顯著差異，以B4（山農28號）最優。從圖1中還可以看出，與CK比較，除B1（濟麥22號）外，隨著施氮量的增加，其他3個品種小麥的干重呈增加的趨勢，其中B4（山農28號）變化更明顯，也以T3B4處理組合的小麥干物質量最大，但為減少施肥量可以選擇T2B4處理組合。

圖1 苗期小麥干重的施氮量和小麥品種的二因素互作的比較

2.2 不同處理對小麥苗期葉片氮含量和氮素累積的影響

圖2、3表明，小麥苗期葉片氮含量和氮素累積量在施氮量與小麥品種二因素間互作效應顯著（F=10.52**，F=57.19**）。在不施用氮肥CK條件下，B1（濟麥22號）處理的氮含量和氮素累積量較高，說明B1品種的氮素累積效率較高。在施用氮肥的T1條件下，以B2（山農15號）處理的氮含量和氮素累積量最低，表明供試品種中以B2對氮肥的反映最不敏感。在施用氮肥的T2、T3條件下，B4（山農28號）的苗期氮含量和氮素累積量最高，分別為22.08 g/kg和40.52 mg/盆，22.72 g/kg 和50.68 mg/盆，顯著高于其它品種，進一步表明山農28號對氮肥的反應較好。從施氮量看出，B1、B2二個小麥品種隨著施氮量的增加，氮含量和氮素累積量呈現先增加后降低的趨勢，在施氮量T2時最佳；B3隨著施氮量的增加，氮含量逐漸增加，在T3時有所下降，氮素累積量是隨施氮量的增加，不斷增加的；B4則隨施氮量的增加，氮含量和氮素累積量呈現不斷增加的趨勢，在施氮量T3時氮素累積量最大；且以B4（山農28號）隨施氮量的變化更為顯著，因此供試處理中以T3B4處理的小麥苗期氮素累積量最大。

圖2 苗期小麥葉片氮含量的施氮量和小麥品種的二因素互作的比較

圖3 苗期小麥葉片氮素累積的施氮量和小麥品種的二因素互作的比較

2.3 不同處理對小麥苗期葉片硝酸還原酶活性和可溶性蛋白含量的影響

由表2可以看出，在鹽脅迫條件下，施用氮肥能明顯提供小麥葉片硝酸還原酶的活性和可溶性蛋白的含量，提高小麥應對鹽脅迫的能力。不同施氮量間葉片的硝酸還原酶的活性和可溶性蛋白的含量存在顯著差異（F=64.26**、F=42.78**），施氮量均明顯增加葉片的硝酸還原酶的活性和可溶性蛋白含量，葉片的硝酸還原酶活性和可溶性蛋白含量在施氮量為T2時達到最大值。與CK處理相比，T1、T2、T3處理的葉片硝酸還原酶活性分別增加了29.19%、122.40%、106.79%；可溶性蛋白含量分別增加了39.74%、74.54%、64.46%。不同的施氮量處理間以T2和T3處理的葉片硝酸還原酶活性和可溶性蛋白含量較高，顯著優于T1、CK處理。

表2 小麥苗期葉片硝酸還原酶活性和可溶性蛋白含量

從不同小麥品種看，4個小麥品種葉片硝酸還原酶活性和可溶性蛋白含量存在顯著差異（F=43.93**、F=45.71**）。葉片硝酸還原酶活性和可溶性蛋白含量均以山農28號最高，其次是濟麥22號，山農25號最低。表明在輕度鹽脅迫下供試小麥品種對氮肥的響應存在顯著差異，以B4（山農28號）對氮肥的反應最好。

2.4 不同處理對小麥苗期P、Na、K吸收與分配的影響

由表3可以看出，不同施氮量處理間植株體內P含量和P累積量均存在顯著差異（F=11.30**，F=107.00**），在鹽脅迫條件下，施氮量增加，小麥植株體內P含量逐漸降低，而植株體內P的累積量增加。這是植株生長量增加的稀釋效應。與處理T1相比，T2、T3處理植株的P含量分別降低了3.06%和9.89%。以施氮量為N 0.3 g/kg的T3處理植株P含量最低。施氮量增加植株P累積量明顯增加，T2和T3處理植株P的累積量差異不顯著。與處理CK相比，處理T1、T2、T3的P累積量分別增加49.05%、76.59%和84.51%。從不同小麥品種看，小麥體內P含量和P累積量均存在顯著差異（F=121.56**，F=13.07**）。4個小麥品種均以 B2（山農25號）的P含量和P累積量最高，B1（濟麥22號）次之。

表3 小麥苗期葉片磷、鈉、鉀含量和累積量

由表3還可以看出，在鹽脅迫條件下，施用氮肥能明顯降低苗期小麥植株體內的Na含量，緩解鹽害。不同施氮量處理間植株Na含量和Na累積量均存在顯著差異（F=16.34**，F=54.74**），施氮量增加Na含量明顯降低，但Na的總累積量略有增加，這是植株生長量增加的稀釋效應。與處理CK相比，T1、T2、T3處理植株的Na含量分別降低了7.74%、19.64%和25.60%。以施氮量為N 0.3 g/kg的T3處理植株Na含量最低，其次是T2處理。施氮量增加植株Na累積量明顯增加，T2和T3處理植株Na的累積量差異不顯著。與處理CK相比，處理T1、T2、T3的Na累積量分別增加19.46%、36.24%和39.60%。從不同小麥品種看，小麥體內Na含量和Na累積量均存在顯著差異（F=39.92**，F=76.33**）。4個小麥品種均以B4（山農28號）的Na含量和Na累積量最高，B3（山農27號）次之，B1（濟麥22號）最低。

由表3還可以看出，在鹽脅迫條件下，施用氮肥能明顯提高苗期小麥植株體內的K含量，緩解鹽害。施氮量處理間植株體內K含量和K累積量均存在顯著差異（F=37.80**，F=590.72**），隨著施氮量的增加植株K含量呈現先增加后降低的趨勢，在T2處理時達到最高，為18.25 g/kg，顯著高于其他處理。植株K總累積量隨施氮量增加呈增加趨勢，在T3處理時達到最高，這也是植株生長量增加的稀釋效應。與CK處理相比，T1、T2、T3處理植株K含量分別增加13.45%、22.73%和16.01%。與處理CK相比，處理T1、T2、T3的K累積量分別增加53.84%、106.11%和117.78%。從不同小麥品種看，4個小麥品種間K含量以B1（濟麥22號）最高，B3（山農27號）最低。而K的累積量則以B4處理最高。

表明供試小麥品種在輕度鹽脅迫下對氮肥的響應表現不同，以山農28號的吸收鈉、鉀能力最好，對氮肥的反應也最敏感。

2.5 不同處理對苗期小麥相關性分析

由表4可以看出，在鹽脅迫條件下，施氮量與不同品種小麥幼苗的每盆干重、N、K含量，N、K累積量、硝酸還原酶活性、可溶性蛋白含量呈正相關，表明施用氮肥能促進小麥養分吸收，提高應對鹽脅迫的能力，進而促進小麥生長。施氮量與植株P、Na含量呈顯著的負相關關系，但與P、Na的累積量呈顯著正相關關系。表明施用氮肥沒有顯著抑制植株對磷、鈉的吸收，而是通過促進小麥生長、致使生長量增加的稀釋效應。不同處理葉片硝酸還原酶活性、可溶性蛋白含量與植株生長量—干重間呈極顯著的正相關關系，表現出小麥生長發育與氮素代謝間的相互依存關系。N、K、Na累積量間存在顯著正相關性，而Na含量與K含量呈負相關關系。

表4 不同處理對小麥苗期干重、生理生化指標與養分累積量的相關性分析

3 討論

鹽脅迫通過降低植物根系的水分吸收能力，引起細胞生理干旱，從而產生滲透脅迫和離子毒害［11］，進而抑制植物的生長［12］，導致營養生長和生殖生長期的縮短［13］。有研究認為，氮肥能夠促進作物的生長和氮素累積，增加植物生物量和株高等［14-16］，進而緩解鹽分的危害［17-19］。本研究發現，在輕度鹽脅迫條件下，小麥的氮素累積量、干重和株高隨施氮量的增加而增加。而高氮供應能夠提高山農25號、山農27號和山農28號的小麥干重，卻降低了濟麥22號小麥干重積累。施氮量N 0.2 g/kg時濟麥22號和山農25號的氮素累積量最大，而山農27號和山農28號的氮素累積量在施氮量N 0.3 g/kg時達到最大值。表明在輕度鹽脅迫下4個小麥品種對氮肥的響應存在明顯差異。適度的供氮才能促進植株的氮素吸收，增加株高和干重，促進小麥生長。這與張洋等［20］的施氮能夠增加生物量、株高的結論一致。

硝酸還原酶是作物氮代謝的關鍵酶，也是一個誘導酶。通過催化硝態氮還原為亞硝態氮，進入植物體后在硝酸還原酶作用下將硝態氮進一步還原成銨，來影響植物生長發育及蛋白質的合成［21］。有研究表明，氮肥能夠提高葉片硝酸還原酶活性，從而提高植株的氮素利用效率［22-23］。本研究發現，在輕度鹽脅迫條件下，小麥葉片硝酸還原酶的活性隨施氮量的增加呈先升高后降低的趨勢，在中度施氮量N 0.2 g/kg時，葉片硝酸還原酶的活性達到最大值。其中山農28號小麥葉片硝酸還原酶的活性最高，其次是濟麥22號，山農25號最低。表明不同品種小麥對氮肥的響應存在差異，不同品種小麥的硝酸還原酶活性也存在差異。而適量的氮肥能提高小麥葉片NR活性，這與門中華等［24］報道的適當增施氮肥會提高NR活性的結論一致。

植物處于逆境時，會進行自我調整與適應，形成一些新的蛋白或者使得原有蛋白質的含量增加來協調細胞與外界滲透壓的平衡［25］，進而緩解鹽基離子對細胞的毒害作用，因此植株體內可溶性蛋白含量的高低可反映植物對逆境條件的耐受能力［26-27］。本研究發現，在輕度鹽脅迫條件下，隨著施氮量的增加，不同品種小麥苗期葉片可溶性蛋白的含量均呈先升高后降低的趨勢。在中度施氮量N 0.2 g/kg時，葉片中的可溶性蛋白質含量達到最大值。這與王雨等［28］的施氮會促進植株在逆境條件下大量合成可溶性蛋白質來增加滲透調節能力，增強幼苗的抗脅迫能力的研究結果一致。供試的4個小麥品種中，山農28號小麥葉片可溶性蛋白含量在同一水平施氮量處理下均顯著高于其他3個品種，山農27次之，山農25號的可溶性蛋白含量最低。且隨著施氮量增加，山農28號小麥葉片可溶性蛋白含量增加的更為明顯，表明在輕度鹽脅迫下山農28號小麥對施用氮肥產生可溶性蛋白緩解鹽害的能力最好。

隨著鹽脅迫程度的加深，Na在植株各部位中不斷積累，而Na在葉片中的過量積累會抑制植株的生長發育，造成Na離子毒害［29-30］。因此植株通過控制鉀的活性和表達來使體內保持高濃度的K+和低濃度的Na+［31］。本文研究結果表明，在輕度鹽脅迫條件下，植株Na含量隨施氮量的增加而降低，而植株K含量隨施氮量的增加而增加。表明適當的增施氮肥，能夠刺激植株體內K的活性和表達，植株通過K+和Na+之間的拮抗作用，使植株體內的Na含量減少，促進植株在鹽脅迫環境中生長。本研究還發現不同品種小麥的鈉累積量和鉀累積量均隨施氮量的增加而增加，這是由于生物量增加的稀釋效應。從不同品種小麥對氮肥用量的反映來看，以濟麥22號小麥的植株體內Na含量最低，鉀含量最高，山農25號次之。表明不同品種小麥對鹽脅迫下控制鉀的活性和表達的能力是不同的，濟麥22號小麥的能力更強。在施氮處理下，以山農28號的鈉累積量和鉀累積量最大，濟麥22號小麥的鉀累積量次之，山農27號小麥的鈉累積量第二，這是生物量增加的稀釋效應。

4 結論

在輕度鹽脅迫下，隨著氮肥施用量的增加，小麥的株高、干物質重、氮、磷、鉀、鈉的累積量均呈增加趨勢；而葉片硝酸還原酶活性、可溶性蛋白含量和氮、鉀含量都呈先增加后降低的趨勢，在中度施氮量N 0.2 g/kg時達到最大值。

輕度鹽脅迫條件下，4個小麥品種對氮肥用量的響應存在顯著差異，山農28號小麥表現出較高的氮素利用效率和較高的鹽脅迫適應性，在高氮（0.3 g/kg）時小麥的生長量、氮、鉀、鈉的累積量最佳，在中氮（0.2 g/kg）時硝酸還原酶活性、可溶性蛋白含量和氮、鉀含量最佳。但各個品種均不是苗期對氮素營養既高效吸收又高效利用的品種，4個品種在田間整個生育期對氮素營養的響應還有待進一步研究。